Віртуальний вимірювальний комплекс на базі учбового лабораторного стенду EV 8031 (91733)

Посмотреть архив целиком


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”


Факультет xxxx Кафедра Обчислювальна техніка та програмування__

Спеціальність Системне програмування xxxx___________




До захисту допускаю

Завідувач кафедри

________________проф._xxxxxxxx

(ініціали та прізвище)

_________________________________

(підпис, дата)



ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ

Освітньо-каліфікаційного рівня спеціаліст__



Тема проекту: Віртуальний вимірювальний комплекс на базі учбового______ лабораторного стенду EV8031________________________________________


затверджена наказом по НТУ «ХПІ» від 21 листопада 2008 р. № xxxxx





Харків 2009



Найменування виробу,

об'єкту або теми

Найменування

документу

Фор-

мат

Кільк.

арк.

При-мітка







Документи загальні










Завдання

А4

2



Звіт

А4

91


















Програмні документи




Документи дипломного проекту

Технічне завдання

А4

8



Специфікація

А4

2



Текст програми

А4

48



Опис програми

А4

8



Керівництво оператора

А4

7








Плакати




Тема проекту


А1

1


Структурна схема стенду, та розподілення його ресурсів


А1

1


Результати роботи


А1

1


Протокол обміну з COM портом


А1

1


Формули для розрахунків


А1

1


Схема алгоритму


А4

8











XXXXX-23А 03077.13 ВД






Прізвище

Підп

Дата

Розроб.

Xxxxx



Віртуальний висірювальний комплекс на базі учбового лабораторного стенду EV8031


Відомість документів

Літ.

Аркуш

Аркушів

Перев.

Xxxxx



ДПС

1

1





НТУ «ХПІ»

Кафедра ОТП

Н. конт.

Xxxxx



Затв.

Домнін





НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ХПІ”


Факультет XX Кафедра Обчислювальна техніка та програмування_____________

Спеціальність Системне програмування xxx_



ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідувач кафедри

_____________________________

(підпис, ініціали та прізвище)


ЗАВДАННЯ

на виконання дипломного проекту

освітньо-кваліфікаційного рівня спеціаліст__


Студенту ______________________________________________


1. Тема проекту Віртуальний вимірювальний комплекс на базі учбового лабораторного стенду EV8031__________________


2. Зміст завдання Розробка програмного забеспечення віртуального вимірювального комплексу, який містить логічний аналізатор та генератор слів. Інтерфейс користувача повинен надавати можливість налагодження швидкості, ввод та відображення данних, керування режимами пуску, остановом, запуском по каналу, режимами циклічної генерації, маштабуванням проаналізованої послідовності, наявність та керування глибиною передпускової реєстрації.


3. Вихідні дані для виконання проекту Апаратна частина – учбовий лабораторний стенд EV8031 з мікроконтролером AVR ATMega8515, зв’язок між ПК і апаратурою реалізувати за допомогою послідовного порту RS-232. Програмна частина повинна мати інтерфейс користувача, як у аналогічних віртуальних пристроїв програми Electronic Workbench. Мова програмування для ПК Delphi.

4. Скласти звіт і виконати необхідні документи (програмні, плакати) відповідно до плану виконання дипломної роботи

Програмні документи (текст програми, керівництво оператора, опис програми, пояснювальна записка)___


План виконання дипломного проекту

Етап

Найменування

Термін

виконання

Прізвище консультанта

1

Аналіз поставленої задачі.

05.09.2008

Xxxxx М.В.

2

Розробка архітектури системи.

10.09.2008

Xxxxx М.В.

3

Розробка структур та данних.

05.10.2008

Xxxxx М.В.

4

Ознайомлення з питаннями охорони праці

15.10.2008

Фомін А.Й.

5

Розробка бізнес-плану

11.11.2008

Погорєлов С.М.

6

Створення коду ПЗ

07.01.2009

Xxxxx М.В.

7

Тестування і налагодження системи

10.01.2009

Xxxxx М.В.

8

Оформлення пояснювальної записки

01.02.2009

Xxxxx М.В.

9

Підготовка плакатів та доповіді

07.02.2009

Xxxxx М.В.






Керівник ДП _______________________________М.В. Xxxxx___

(підпис і дата) (ініціали та прізвище)


Студент-дипломник _____________________________________

(підпис і дата) (ініціали та прізвище)



ВІРТУАЛЬНИЙ ВИМІРЮВАЛЬНИЙ КОМПЛЕКС НА БАЗІ УЧБОВОГО ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДУ EV8031









Специфікація

xxxxxxx03077-01

Аркушів _2_














Харків 2009



Позначення

Найменування

Примітка


Документація по комплексах


Xxxxx.03077-13 12 01-1

Текст програми


Xxxxx.03077-13 12 01-1-ЛЗ

Текст програми


Xxxxx.03077-13 34 01-1

Керівництво оператора


Xxxxx.03077-13 34 01-1-ЛЗ

Керівництво оператора


Xxxxx.03077-13 13 01-1

Опис програми


Xxxxx.03077-13 13 01-1-ЛЗ

Опис програми




ЗМІСТ


ЗМІСТ

ВСТУП

1 ПІДСТАВА ДЛЯ РОЗРОБКИ

2 ПРИЗНАЧЕННЯ РОЗРОБКИ

3 ВИМОГИ ДО ПРОГРАМНОГО ВИРОБУ

3.1 Вимоги до функціональних характеристик

3.2 Вимоги до надійності

3.3 Умови експлуатації

3.4 Вимоги до складу і параметрів технічних засобів

3.5 Вимоги до інформаційної та програмної сумістності

3.6 Вимоги до маркування й упакування

3.7 Вимоги до транспортування і зберігання

4 ВИМОГИ ДО ПРОГРАМНОЇ ДОКУМЕНТАЦІЇ

5 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ ПОКАЗНИКИ

6 СТАДІЇ ТА ЕТАПИ РОЗРОБКИ

7 ПОРЯДОК КОНТРОЛЮ І ПРИЙМАННЯ



ВСТУП


Данний програмний продукт є комплексом засобів, які дозволяють виконувати тестування цифрових пристроїв, за допомогою аналізу отриманої з них послідовності у відгук на подані тестові послідовності, за допомогою логічного аналізатора та генератора слів, відповідно.

Система, що розробляється, повинна мати зручний інтерфейс користувача, а зв’язок, зі стендом, повинен виконуватись за допомогою послідовного порту. Також, продукт повинен виглядати у вигляді готових модулів, для зручного запуску, або, у випадку ПЗ мікроконтролера, зручного завантаження стандартними засобами.


1 ПІДСТАВА ДЛЯ РОЗРОБКИ


Підставою для розробки є “завдання на виконання дипломного проекту”, видане викладачем кафедри “Обчислювальної техніки та програмування” xxxxxxxxxxxxxx 1xxx і затверджене кафедрою “Обчислювальна техніка та програмування”/протокол № 2/від 7.10.2008, а також наказом № xxxxxx по Національному технічному університету “Харківський політехнічний інститут” від 25.10.2008.

Найменування теми дипломного проекту:”Віртуальний вимірювальний комплекс на базі учбового лабораторного стенду EV8031”.


2 ПРИЗНАЧЕННЯ РОЗРОБКИ


Данний порограмний продукт призначений для налагодження різноманітних цифрових пристроїв, і має для цього декілька віртуальних пристоїв: логічний аналізатор та генератор слів. Подача тестової послідовності забеспечується генератором слів, а аналіз реакції пристрою – за допомогою логічного аналізатора.

Такий віртуальний комплекс дозволяє швидко і зручно налагодити необхідний цифровий пристрій, завдяки зручному інтерфейсу користувача, такому як у пакеті Electronic Workbench.


3 ВИМОГИ ДО ПРОГРАМНОГО ВИРОБУ


3.1 Вимоги до функціональних характеристик

Програмний продукт повинен забеспечувати наступні функціональні можливості:

Для ЛА:

- відображення сигналу на моніторі ПК у вигляді діаграм;

- дозволяти керування логічним аналізатором з ПК (через СОМ порт);

- можливість змінення масштабів по вісі часу ;

- зсув сигналу за часом;

  • зміна кольору сигналу;

  • можливість встановлення частоти реєстрації;

  • можливість встановлення передпускової реєстрації;

  • можливість встановлення типу сигналу запуску;

  • можливість встановлення каналу запуску;

Для ГC:

  • встановлення послідовності слів, які необхідно генерувати;

  • можливість встановлення частоти генерації;

  • можливість встановлення типу генерації: циклічний, одноразовий, пошаговий;

  • можливість керування запуском та зупенненям;

  • можливість перемикання ГС та ЛА у парний режим роботи.


3.2 Вимоги до надійності

Програмний вироб повинен забеспечувати виключення тупікових ситуацій в роботі. При обриві лінії звязку послідовного інтерфейсу програма повинна видати повідомлення про відсутність звязку з пристроєм.


3.3 Умови експлуатації

Програмний продукт “Віртуальний вимірювальний комплекс” повинен безперебійно функціонувати в нормальних умовах експлуатації:

  1. температура навколишнього середовища від 5 до 35С;

  2. вібрації, зовнішні магнітні, радіаційні і електричні поля не повинні перевищувати норми.

Для нормальної експлуатації системи необхідні початкові знання по експлуатації ПЕОМ.

Вимоги до рівня кваліфікації користувача – мінімальні знання спілкування з Windows-вікнами ПЕОМ.


3.4 Вимоги до складу і параметрів технічних засобів

Для функціонування програмного виробу необхідний ПЕОМ IBM PC AT/ATX з центральним процессором не нижче Pentium !!! або його аналогом, наявність послідовного COM порту.


3.5 Вимоги до інформаційної та програмної сумістності

При написанні програми повинні бути використані можливості які надає операційна система Windows. Програма повинна корректно працювати під керуванням Windows2000/XP.

Для написання модулів віртуального вимірювального комплексу повинна бути використана мова програмування Delphi 7.


3.6 Вимоги до маркування й упакування

На початку кожного файлу вихідних текстів програми записувати наступну інформацію:

  1. імя данного файлу: __________________.____.;

  2. функціональне призначення: ______(у проекті)________;

  3. файл створений для дипломного проекта захисту кваліфікації фахівця

  4. зафахом : Системне програмування

  5. тема проекту : Віртуальний вимірювальний комплекс на базі учбового лабораторного стенду EV8031;

  6. керівник : М.І. Скородєлов, викладач кафедри ОТП;

  7. розробник : О.О. Ісмаілов, студент групи КІТ23а;

  8. рік розробки : 2008.

На захисті надати файли програми (проекту) в розпакованому вигляді і упаковані zip або rar архіватором.


3.7 Вимоги до транспортування і зберігання

Транспортування результатів проектування може здійснюватися за допомогою будь-яких доступних носіїв: CD-R, CD-RW, Flash-RAM, HDD.

Берегти на накопичувачах сумістно: файли початкових текстів розробки, виконуваний файл, допоміжні файли і файли документів проекту.


4 ВИМОГИ ДО ПРОГРАМНОЇ ДОКУМЕНТАЦІЇ


Програмна документація програмного продукту “Віртуальний вимірювальний комплекс на базі учбового лабораторного стенду” повинна мітстити наступні документи:

  1. Специфікація;

  2. Текст програми(мікроконтроллера, і ПК);

  3. Опис програми;

  4. Керівництво оператора.

Додаткові вимоги до програмної.

Розробити Звіт про виконання дипломного проекту. У документі Звіт виклад основних розділів дипломного проекту повинен займали не менше 60 сторінок(без урахування розділів по економіці, охорони праці та додатків).


5 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ ПОКАЗНИКИ


Техніко-економічні показники повинні бути визначені в процессі розробки і зазначені у відповідному розділі звіту про виконання дипломного проекту.


6 СТАДІЇ ТА ЕТАПИ РОЗРОБКИ


Розробка програмного продукту відповідає стадії робочого проекту. Етапи розробки виконують в наступному порядку:

  1. отримання завдання;

  2. збір початкових матеріалів;

  3. огляд літератури й обгрунтування необхідності розробки;

  4. визначення областей застосування;

  5. розробка технічного завдання;

  6. техніко-економічне обгрунтування розробки;

  7. розробка алгоритму розвязання задачі;

  8. розробка структури програмного продукту;

  9. визначення конфігурації програмних засобів;

  10. розробка пояснювальної записки(розділу або розділів Звіту);

  11. програмування і налагодження програмного продукту;

  12. розробка програмних документів;

  13. тестування програмного продукту;

  14. коректування програми та програмних документів за результатами тестування.


7 ПОРЯДОК КОНТРОЛЮ І ПРИЙМАННЯ

При прийманні дипломної роботи перевіряється:

  1. Комплектність, зміст та оформлення документації згідно розділу 4 цього документу.

  2. Відповідність програмного продукту згідно вимогам до програмного продукту розділу 3 цього документу.


РЕФЕРАТ


Звіт про ДП: 93 стр., 31 рис., 12 табл., 24 джерела

КЛЮЧОВІ СЛОВА: віртуальні пристрої, логічні аналізатори, генератор слів, учбово-лабораторний стенд EV8031.

У данній роботі розглянуте створення программного забеспечення таких віртуальних пристроїв, як:

  • Логічний аналізатор;

  • Генератор слів.

Та обєднання їх у віртуальний вимірювальний комплекс на базі учбового лабораторного стенду.

Розроблено алгоритм і программа реалізації завдання. Чітко сформульовані основні проблеми, існуючі при розробці таких комплексів, та визначені нові підхіди для їх вирішення.

Розглянуті питання охорони праці й навколишнього середовища, проведена техніко-економічна оцінка роботи. На підставі аналізу результатів зроблені висновки й рекомендації для подальшої роботи в данному напрямку.


РЕФЕРАТ


Отчёт по ДП: 93 стр., 31 рис., 12 табл., 24 источника

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: виртуальные приборы,логические анализаторы, генератор слов, учебно-лабораторный стенд EV8031.

В данной работе рассматривается создание программного обеспечения таких виртуальных приборов, как:

  • Логический анализатор;

  • Генератор слов.

И объединения их в виртуальный измерительный комплекс на базе учебно-лабораторного стенда.

Разработан алгоритм и программа реализации задания. Четко сформулированы основные проблемы, существующие при разработке таких комплексов, и указаны пути их решения.

Рассмотрены вопросы охраны труда и окружающей среды, проведена технико-экономическая оценка работы. На основе анализа результатов сделаны выводы и рекомендации для дальнейшей работы в данном направлении.


ABSTRACT


Report on DP: 93 page, 31 fig., 12 tables., 24 source

KEYWORDS: virtual devices, logic analyzers, generator of words, educational laboratory stand EV8031.

Creation of software of such virtual devices is examined in this work, as:

- Logic analyzer;

- Generator of words.

And associations them in a virtual measuring complex on the base of educational laboratory stand.

An algorithm and program of realization of task is developed. Basic problems, existing at development of such complexes, are expressly formulated, and the ways of their decision are indicated.

The questions of labour and environment protection are considered, the technical and economic estimation of work is conducted. On the basis of analysis of results conclusions and recommendations are done for further work in this direction.


ЗМІСТ


РЕФЕРАТ

ВСТУП

1 ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ ОСНОВНИХ ТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ

1.1. Аналіз вихідного технічного завдання та постановка задачі

1.2.Огляд і аналіз аналогічних пристроїв

1.2.1. Портативні вимірювальні комплекси на базі дискретних спеціалізованих приладів

1.2.2. Спеціалізовані мікропроцесорні прилади

1.2.3. Прилади за технологією «віртуальні інструменти»

1.2.3.1. Віртуальні прилади фірми «Белвар»

1.2.3.2. Віртуальні прилади фірми «Omega»

1.2.3.3. Віртуальні прилади фірми «National Instruments»

1.3 Порівняльний аналіз та висновки

1.3.1 Короткі висновки 42

1.4. Зв'язок ВВК з IBM PC

1.4.1 Вибір інтерфейсу зв'язку

2 ОБЗОР АПАРАТНОЇ ЧАСТИНИ

2.1 Лабораторный стенд EV8031

2.1.1 Системний контроллер

2.1.2 Зовнішня пам’ять ОЗП

2.1.3 Порти вводу/виводу

2.1.4 Порт послідовної передачі данних

2.1.5 Мікроконтроллер

2.2 Мікроконтроллер ATMega8515

2.2.1 Архітектура AVR

2.2.2 Розподілення пам’яті мікроконтролера

2.2.3 Порти вводу виводу

Рис. 7 Блок схема порта вводу/виводу

2.2.4 Переривання та обробка переривань

2.2.5 Таймери

2.2.6 Послідовний приємопередавач USART

3 РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕСПЕЧЕННЯ

3.1 Розробка програмного забеспечення мікроконтроллера

3.1.1 Розробка логічного аналізатора

3.1.2 Розробка генератора слів

3.1.3 Розробка алгоритму приємо передавача

3.1.4 Розробка головного циклу програми

3.2 Розробка програмного забеспечення ПК

3.2.1 Розробка інтерфейсу логічного аналізатора

Рис. 18 Інтерфейс користувача логічного аналізатора

3.2.2 Розробка інтерфейсу генератора слів

Рис. 19 Інтерфейс користувача генератору слів

3.2.3 Розробка інтерфейсу прийому/передачі

3.2.3 Розробка алгоритму програми

4 ТЕСТУВАННЯ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕСПЕЧЕННЯ

5 БІЗНЕС-ПЛАН

5.1 Доцільність виробництва продукту

5.2 Опис характеристик продукту

5.2.1 Найменування та призначення

5.2.2 Загальні параметри продукту

5.3 Оцінка витрат на розробку

5.3.1 Визначення потреби у матеріальних та трудових ресурсах Ошибка! Закладка не определена.

5.4 Розрахунок витрат та договірної ціни продукту

5.5 Розрахунок витрат на тиражування

5.6 Аналіз стратегії маркетингу

5.6.1 Схема просування товару

5.6.2 Стимулювання продажу

5.6.3 Організація реклами та витрати на неї

5.7 Розробка фінансового плану

5.8 Висновки

6 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

6.1 Загальні питання охорони праці

6.2 Характеристика виробничого середовища приміщення, де виконується проектна робота

6.3 Аналіз небезпечних і шкідливих факторів

6.4 Виробнича санітарія

6.4.1 Метереологічні умови Ошибка! Закладка не определена.

6.4.2 Забезпечення виробничого освітлення

6.4.3 Шум

6.4.4 Випромінювання вiд екрана

6.5 Техніка безпеки

6.6 Пожежна безпека

6.7 Охорона навколишнього середовища

6.8 Висновок

ВИСНОВКИ



ВСТУП


Будь-який IBM-сумісний персональний компютер (ПК), навіть той що декілька років простояв на полиці за непотрібністю, може перетворитися в дуже добрий віртуальний прилад або цілий вимірювальний комплекс. Для цього потрібно лише підключити до ПК один або декілька не дуже складних зовнішніх пристроїв або плат розширення. При цьому весь інтелектуальний потенциал комп’ютера можна використати для побудови програмної частини приладу, за рахунок якої і будуть реалізовуватися всі його основні функціональні можливості. Віртуальний прилад, таким чином, представляє собою більш чи менш складне програмне забеспечення, яке встановлюється на ПК, та деякого інтерфейсного пристрою (ІП) який дозволяє сполучити ПК з джерелами та приймачами інформації.

Можна разраховувати на те, що віртуальний прилад надає користувачеві набагато більш широкі можливості в порівнянні з класичним вимірювальним приладом, який має той же рівень технічних характеристик.

У даному дипломному проекті як раз і розглядається можливість створення віртуального вимірювального комплексу: логічного аналізатору та генератору слів.

Реальні форми сигналів, діючих, наприклад, на системних шинах, не грають істотної ролі. Важливі тільки їхні логічні стани в ті моменти часу, коли вони сприймаються приладом і містять необхідну інформацію.

Такий комплекс може використовуватися в якості універсального вимірювального приладу, призначеного для запам’ятовування та слідкування за системними сигналами, що надходять на його входи в вигляді «чистих» двійкових сигналів та зберігати їх в своїй внутрішній цифровій пам'яті при налагодженні функціональних вузлів і пристроїв різних апаратних засобів обчислювальної техніки (периферійних пристроїв і т.п.), мікропроцесорних і мікроконтролерних систем різного призначення, радіотехнічних систем і пристроїв, засобів телекомунікації і т.д.

Такий віртуальний вимірювальний комплекс може замінити собою цілий комплект рiзноманiтних вимiрювальних приладiв.

Він дозволяє виконувати наступні дії:

  • реєстрації послідовності логічних станів водночас і синхронно в багатьох точках схеми та протягом значного часового інтервалу;

  • реєстрації станів контрольних точок в деякому інтервалі часу, що передує вибраній оператором події;

  • оперативного подання результатів вимірів в різноманітних форматах, зручних для оператора та що не відрізняються від основних форм документування, таких, наприклад, як шістнадцятирічний формат, двійковий формат, дизасемблерний формат та інші.

Розробці такого віртуального вимірювального комплексу і присвячений даний дипломний проект.



1 ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ ОСНОВНИХ ТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ


1.1. Аналіз вихідного технічного завдання та постановка задачі


Пристрій, що розробляється в даному дипломному проекті – віртуальний вимірювальний комплекс (ВВК): логічний аналізатор. Такий ВВК може використовуватися в якості універсального вимірювального приладу, призначеного для для запам’ятовування та слідкування за системними сигналами, що надходять на його входи в вигляді «чистих» двійкових сигналів та зберігати їх в своїй внутрішній цифровій пам'яті при налагодженні функціональних вузлів і пристроїв різних апаратних засобів обчислювальної техніки (периферійних пристроїв і т.п.), мікропроцесорних і мікроконтролерних систем різного призначення, радіотехнічних систем і пристроїв, засобів телекомунікації і т.д. Такий ВВК може замінити собою цілий комплект вимірювальних приладів.

Саме через його універсальність, мобільність та легкість у використанні, а також відносно не високу ціну, цей ВВК пропонується для використання у лабораторіях ВУЗу при проведенні лабораторних робіт з таких дисциплін, як „Комп’ютерна електроніка”, „Комп’ютерна схемотехніка”, „Периферійні пристрої” та інші.

Розглянувши весь спектр лабораторних робіт, що проводяться по цих предметах, можна визначити основні технічні вимоги до віртуального вимірювального комплексу: логічного аналізатору, які є достатніми, для того, щоб цей ВВК можна було використовувати при проведенні цих лабораторних робіт. Ці технічні вимоги приведені нижче.

Розроблювальний ВВК повинний мати наступні характеристики:

- У режимі логічного аналізатору:

  • Кількість каналів – 8;

  • Кількість станів, що реєструються – 1024;

  • Тактовий генератор – внутрішній з змінною частотою або зовнішній;

  • Запуск – за позитивним або негативним перепадом на одній з 8-ми вхідних ліній.

  • Глибина передпускової реєстрації – задається програмно.

  • Елементна база – однокриштальний мікроконтролер типу ATMega8515.

Конструктивне виконання – зовнішній пристрій, що підключається до ПК через інтерфейс RS232;

Також, віртуальний вимірювальний комплекс: логічний аналізатор повинен дозволяти у інтерфейсі користувача відображати часові діаграми на екрані ПК. Програма візуалізації має дозволяти виконувати масштабування та скролінг цих діаграм, обирати їх колір, користуватися різноманітними настройками.

З погляду розроблювача такий ВВК – це нестандартний периферійний пристрій, що передає оброблений сигнал на персональний комп'ютер (ПК) для його остаточного аналізу і відображення. Програмні засоби ВВК при цьому повинні забезпечити максимально зручний і звичний для користувача режим введення і відображення інформації: повинний мати вікно, у якому можливо задати параметри і побачити результат (діаграму сигналу).

Процедура взаємодії користувача з ВВК полягає в наступному: користувач, за допомогою спеціального меню, задає настроювання приладу і режим його роботи.

Таким чином загальна задача, яка сформульована в початковому технічному завданні, може бути розбита на окремі функціональні задачі:

  • Апаратна частина яка приймає і перетворить аналогові сигнали в цифрові;

  • Програмне забезпечення пристрою: містить у собі питання побудови інтерфейсу і сервісних програм;

  • Організація зв'язку розроблювального пристрою з комп'ютером;

Для того щоб перейти до розгляду кожної функціональної задачі окремо необхідно розглянути питання, що стосуються пристрою у цілому. Також необхідно розглянути варіанти побудови пристроїв такого типу.


1.2.Огляд і аналіз аналогічних пристроїв


При пошуку складних несправностей в дискретних пристроях виникає необхідність одночасного спостереження декількох сигналів, однократних і аперіодичних, поведінки системи в моменти часу, попередні якій-небудь події або наступні за ним. Такі можливості надає логічний аналізатор - прилад для збору і аналізу даних про реальні умови роботи дискретних пристроїв.

Логічний аналізатор (ЛА) являє собою комбінацію багатоканального реєстратора двійкових сигналів, побудованого на базі швидкодіючого ЗП з розвиненою системою управління процесом запису даних, і екранного пульта-дисплея, що відображає записану в ЗП інформацію в формі, найбільш зручній для її аналізу.

Розрізнюють два типи логічних аналізаторів: аналізатори логічних станів і аналізатори тимчасових діаграм.

Аналізатори логічних станів фіксують стани контрольних точок схеми, що перевіряється під час тактових сигналів, що задаються пристроєм, що перевіряється, і записують процес зміни станів синхронно з його роботою.

Аналізатори тимчасових діаграм фіксують стани контрольних точок схеми, що перевіряється в моменти часу, які задаються незалежно працюючим тактовим внутрішнім генератором аналізатора.

Стани контрольних точок фіксуються в дискретні моменти часу (при подачі тактових сигналів) в двійковій формі; 0- при відсутності сигналу, 1-при його наявності.

Логічні аналізатори мають два основних режими: реєстрації і відображення.

Реєстрацією називається процес запису стану сигналів, що поступають по вхідних каналах аналізатора, в його запам'ятовуючі пристрої. Реєстрація починається по сигналу запуску реєстрації, який може бути або зовнішнім сигналом, або кодовим словом, або послідовністю кодових слів.

Відображенням називається процес індикації на екрані електронно-променевої трубки тимчасових діаграм або логічних станів, записаної в ЗП в процесі реєстрації.

Для установки режиму, способу запуску реєстрації, відображення, а також кодових слів запуску реєстрації на панелі управління є перемикачі і гнізда для підключення зовнішніх сигналів.

Оскільки в режимі реєстрації процес запису сигналів в ЗП ЛА йде відповідно до вибраної тактової частоти, сигнали, які за часом коротше чергового тактового періоду і з'являються після тактового сигналу, не будуть записані, хоч і можуть спричинити неясну зміну станів асинхронної логіки. Для виявлення подібної ситуації деякі ЛА мають режим фіксації перешкод. Цей режим не дозволяє виміряти ширину короткого сигналу, однак вказує на його наявність і тимчасове положення. Основними характеристиками ЛА є:

1. число каналів одночасної реєстрації станів сигналів;

2. рівні вхідних логічних сигналів;

3. глибина реєстрації, т.е максимальна кількість запам'ятовувань каналу інформації;

4. максимальна частота реєстрації, що визначає мінімальний інтервал часу між двома послідовними відліками станів вхідних сигналів.

Глибина реєстрації визначається місткістю ЗП, а максимальна частота реєстрації - швидкодією ЗП аналізатора.

Аналізатори, що Випускаються в цей час мають від 8 до 48 каналів реєстрації, частоту реєстрації від 20 до 200 МГц, глибину реєстрації від 64 до 2048 біт на каналі.

Процес реєстрації в ЛА може бути початий при появі на входах:

спеціально заданого зовнішнього сигналу;

заданої кодової комбінації (слово стану) сигналів ;

заданої послідовності кодових комбінацій.

Існують наступні способи запуску реєстрації: прямий, затриманий і з попередньою установкою.

При прямому запуску сигнал запуску відразу включає процес реєстрації, а при затриманому - через певний час, що задається числом тактів затримки. При запуску з попередньою установкою аналізатор реєструє стани в контрольних точках пристрою, що діагностується незалежно від сигналу запуску і дозволяє зберегти і видати на відображення дані, які були записані за N тактів до появи сигналу і М-N.

В даний час створення багатоцільових, портативних вимірювальних комплексів йде по трьох напрямках:

  • На базі дискретних спеціалізованих приладів;

  • Спеціалізовані мікропроцесорні прилади;

  • Прилади за технологією "віртуальні інструменти";

Розглянемо ці напрямки більш докладно:


1.2.1. Портативні вимірювальні комплекси на базі дискретних спеціалізованих приладів

Як правило, зараз будь-який пристойний прилад має інтерфейс підключення до комп'ютера й таким образом з'являється можливість створення багатоцільових вимірювальних комплексів, у яких здійснюється взаємозалежне керування роботою приладів, де частина необхідних функцій обробки сигналів здійснюється окремими приладами (у межах закладених у них можливостей), частина функцій разом з вихідними даними приладів передається керуючому комп'ютеру. При такому способі з'являється можливість створення дійсно досить багатофункціональних вимірювальних комплексів. Про портативність подібних комплексів можна говорити, звичайно, з великою натяжкою, хіба тільки в тім смислі, що в принципі вони є переносними.

О промисловому (захищеному) виконанні говорити не приходиться. Вартість висока, надійність низька (велика кількість складових), функціональні можливості фіксовані й обмежені можливостями комплектуючих приладів. Модернізація й адаптація до об'єктів діагностики - дорогі, трудомісткі, у більшості випадків повною мірою просто нездійсненні. Використовуються, в основному, для оснащення лабораторних установок, проведення НИР ОКР і ін.


1.2.2. Спеціалізовані мікропроцесорні прилади

Аналізатори-збирачі. На сьогоднішній день це досить широка номенклатура приладів як вітчизняного, так і імпортного виробництва. Прилади дійсно портативні, багатоцільові, можуть бути у захищеному виконанні аж до забезпечення вимог по іскровзривобезпеки. В останній якості практично не мають альтернативи, але у всіх інших випадках на сьогоднішній день це вже далеко не кращий шлях рішення подібних задач. Справа в тім, що подібні прилади у всіх випадках являють собою, по суті, спеціалізовані "саморобні" портативні комп'ютери з убудованими пристроями вводу-виводу даних і унікальним програмним забезпеченням фірми-виробника. У кожного виробника подібні прилади є зовсім унікальними як по виконанню "у залізі", так і по програмному забезпеченні. Як комп'ютери, по більшості своїх технічних параметрів і сервісних можливостей вони не йдуть ні в яке порівняння з "звичайними" сучасними портативними комп'ютерами, тим більше з темпами їхнього безупинного удосконалювання і зниження вартості. Вартість приладів досить висока і на практиці може збільшуватися (навіть у рази) за рахунок комплектації відповідним програмним забезпеченням. Вартість програмного забезпечення практично завжди порівнянна з вартістю "заліза", а іноді і перевершує його. У цілому можна сказати так: річ гарна, іноді незамінна, але в більшості випадків далеко не краща на сьогоднішній день.


1.2.3. Прилади за технологією «віртуальні інструменти»

Формально термін означає "удавані прилади", власне кажучи, функціонально, це, звичайно, зовсім дійсні прилади і віртуальність їх складається тільки в тім, що окремо, як звичні дискретні прилади "у залізі" вони дійсно не існують. Реалізуються апаратно-програмним шляхом і базуються на трьох основних складовим:

  • Обчислювальні й апаратні можливості сучасних комп'ютерів, для переносних приладів - це Notebook;

  • Спеціалізовані мови програмування для задач обробки й аналізу сигналів;

  • Апаратні пристрої вводу-виводу спеціально розроблені для роботи під керуванням програм, написаних на вищезгаданих спеціалізованих мовах програмування.

Одне з найбільш вдалих і отримавших дуже широке поширення в усьому світі пропозицій по практичній реалізації даної технології створення приладів - апаратні пристрої вводу-виводу і спеціалізована мова графічного програмування LabVIEW фірми National Instruments, США. Обширнейшая бібліотека стандартних функцій обробки сигналів і створення інтерфейсу для користувача (вид приладу на моніторі), налагоджені драйвери взаємодії з апаратними пристроями, величезна номенклатура самих пристроїв вводу-виводу в сполученні з можливостями сучасних комп'ютерів дозволяють при мінімально можливих на сьогоднішній день витратах створювати в дуже короткий термін будь-які складні прилади, причому дуже високої якості. Це обумовлено тим, що всі основні складові подібного приладу (комп'ютер, системне ПО, пристрій вводу-виводу) - це фірмові вироби масового виробництва, протестовані виготовлювачем і гарантовані для забезпечення, що сопрягаются по всім необхідним параметрам, найбільш повного використання всіх можливостей кожного з названих компонентів. При цьому всі основні компоненти безупинно удосконалюються по своїх функціональних і технічних параметрах з повним збереженням наступності з попередніми версіями. Наприклад, раз уже створений в остаточному виді прилад можна переустановити на іншій, більш сучасний комп'ютер і він відразу почне працювати, наприклад, більш швидко без яких-небудь переробок самої програми приладу. З погляду габаритів приладів, навіть теоретично немає нічого рівного, оскільки в габаритах, наприклад, одна сучасного Notebook може бути реалізоване практично необмежена кількість різних приладів. З цим же зв'язані і вартісні показники подібних приладів. Наприклад, навіть один прилад типу стандартного вузькополосного спектроаналізатору у віртуальному виконанні буде коштувати в 1.5-2 рази дешевше, ніж у традиційному дискретному. З огляду на те, що за технологією віртуальних приладів у рамках разових витрат "на залізо" може бути реалізоване (і так на практиці завжди і відбувається) безліч приладів, вартість подібного рішення стає просто несоизмеримо малої в порівнянні з іншими способами реалізації. Оскільки технологія "віртуальних приладів" являє собою зовсім нову і, можна сказати, революційну технологію в приладобудуванні, вона дозволяє сполучити такі якості, що у процесі удосконалювання традиційних приладів, як правило, сполучити неможливо: краще, дешевше, швидше, надійніше. Розглянемо даний тип приладів більш докладно.


1.2.3.1. Віртуальні прилади фірми «Белвар»

Ця фірма пропонує користувачам цифрові логічні аналізатори у вигляді невеликих приставок до персонального комп'ютера. Наприклад АКС-3161, це професійна модель віртуального 16 – канального логічного аналізатору з частотою дискретизації 200МГц, виконана у вигляді приставки до ПК та підключається до LPT-порту комп’ютера. Має гнучки можливості захвату та відображення цифрового потоку даних, широкими можливостями по роботі з зовнішньою тактовою частотою. Має наступні технічні параметри:

  • Внутришні частоти дискретизаії 1,25 кГц...200 МГц (17 ступенів)

  • 16 каналів

  • Буфер даних 131000 виборок на канал

  • Режими запуску: по шаблону; по фронту; безперервний

  • Цифровий регістратор: від 4 секунд до 1 часу

  • Порогова напруга 1,0...2,4 В

  • Споживча потужність 4,5 Вт (800 мВт у режимі очікування)

  • Нестабільність частоти дискретизації 0,01%

  • Вхідна напруга 0...7 В макс.

  • Вхідна ширина смуги частот 40 МГц

  • Вхідний імпеданс 100 кОм/8 пФ

  • Габаритні розміри 150х86х26 мм

Зовнішній вигляд цього логічного аналізатору приведений на рис. 1.1


Рисунок 1.1 Зовнішній вигляд приставки до комп'ютера АСК-3161


Нижче на рис. 1.2 приведено вікно програми інтерфейсу користувача з діаграмою сигналів.



Рисунок 1.2 Вид деяких вікон ПО приставки до комп'ютера АСК-3161


АКС-3162 – віртуальний 16-канальний логічний аналізатор виконаний у вигляді плати розширення в ISA-слот комп’ютера та працює разом з осцилографічною плотою АСК-3101. Єдине для обох плат програмне забезпечення дозволяє синхронізувати і бачити на екрані одночасно 2 канали аналогової та 16 каналів цифрової інформації. Сполучення аналогових та цифрових функцій дозволяє використовувати систему як осцилограф змішаних сигналів для пошуку аналогових перешкод у цифрових схемах, аналізу фронтів, логічних рівнів та ін.

АКС-3162 має наступні технічні параметри:

  • 16 каналів

  • Мінімальний період виборок: 50 нс у реальному часі

  • Максимальний період виборок 2,5 мс

  • Запуск: будь-яка комбінація логічних рівнів на вході аналізатору, або синхронізуючий сигнал з плати осцилографу

  • Можливість запису до запускаючої події 7872 відліку

  • Довжина запису 8000 відліків на кожний канал

  • Вхідний імпеданс 1 МОм/30 пФ

  • Рівень спарцьовування запуску обираємий: ТТЛ або КМОП

Зовнішній вигляд цього логічного аналізатору приведений на рис. 1.3


Рисунок 1.3 Зовнішній вигляд приставки до комп'ютера АСК-3162

Нижче на рис. 1.4 приведено вікно програми інтерфейсу користувача з діаграмою сигналів.

Рисунок 1.4 Вид деяких вікон ПО приставки до комп'ютера АСК-3162


АКС-3166 – це більш потужний логічний аналізатор, має наступні технічні характеристики:

  • 16 каналів

  • Діапазон частот дискретизації 2 кГц…200 МГц

  • Довжина запису 2М слова на канал

  • Регулювання розміру предзапису та постзапису

  • Діапазон установки порогів спрацьовування по входах ±2,5 В с дискретністю 20 мВ

  • Режими запуску: при наявності шаблону даних, по тривалості шаблону даних, по фронту будь-якого біта даних, за шаблоном даних та/або по фронту будь-якого біту даних у різноманітних комбінаціях

  • Інтерфейс зв’язку з комп’ютером USB 1.1 або LPT (EPP)

  • Професійні вимірювальні щупи дозволяють легко і швидко здійснити підключення до контактів аналізуємої плати

Цей логічний аналізатор призначений для аналізу потоку цифрових даних одночасно по 16 каналам з частотою дискретизації до 200 МГц, а також може бути використаний у якості цифрового регістратору даних. Буфер 2М виборок на канал дозволяє забезпечити високу точність часових вимірів достатньо тривалих потоків даних. Гнучкий набір варіантів синхронізації та шаблонів запуску дозволяє визначити різноманітні збої у потоці даних, що приводять до порушення роботи апаратури. Даний аналізатор забезпечує нормальну роботу з апаратурою, яка має різні логічні порогові рівні вхідних сигналів, тому що пороги обираються користувачем.

Інтерфейс користувача програми складається з набору робочих панелей (вікон). Кожна панель має набір керуючих елементів (КЕ), які дозволяють користувачу впливати на роботу програми та індикаторів, що відображають необхідну інформацію. Більшість цих елементів є частиною стандартного інтерфейсу Windows і не потребують спеціальних пояснень по їх використанню.

Зовнішній вигляд цього логічного аналізатору приведений на рис. 1.5

Рисунок 1.5 Зовнішній вигляд приставки до комп'ютера АСК-3166


Для керування програмою користувач може також використовувати команди спливаючього меню головної панелі. АКС-3166 має зрозумілий та зручний інтерфейс, котрий може налагоджуватися користувачем. Нижче на рис. 1.6 приведено вікно програми інтерфейсу користувача з діаграмою сигналів.


Рисунок 1.6 Вид деяких вікон ПО приставки до комп'ютера АСК-3166

1.2.3.2. Віртуальні прилади фірми «Omega»

Логический анализатор Omega – Logic : використовується для запису аналізу послідовних та паралельних потоків обміну, а також генерації заданих цифрових послідовностей. Збудований на основі базового блоку Omega. Завдяки використанню ПЛІС пристрій має недосяжну для мікроконтролерних аналогів швидкодію та точність обробки даних. 4 режими запису дозволяють оптимально використовувати внутрішню пам’ять аналізатора. Наявність різноманітних вбудованих та користувальницьких засобів аналізу сигналів дає можливість швидко та ефективно оброблювати великі об’єми інформації. Цей аналізатор має наступні технічні параметри:

  • Логічний аналізатор:

  • Кількість каналів: 2, 4, 8

  • Об’єм внутрішньої пам’яті: 128 КБайт (опціонально 512K)

  • Режими запису: нормальний, адаптивний, дельта, з зовнішньою синхронізацією.

  • Максимальна частота запису: 20 МГц.

  • Стабільність задаючього генератора: +/-100ppm (опціонально +/-25ppm)

  • Аналізатор протоколів: I2C, MicroWire, SPI, RS232, 1Wire, CAN ...

  • Налагодження режимів відображення інформації (двійковий, десятковий, шістнадцятковий, символьний).

  • Вбудована макромова аналізу і генерації послідовностей.

  • Збереження даних у файли різних форматів.

  • Генератор: 8 каналів, 128 КБайт пам’яті, максимальна частота - 20 МГц, однократний та циклічний режим.

  • Логічний пробник - 16 каналів.

  • Електричні параметри (з адаптером LA16):

  • - Вхідний опір - 100 кОм

  • - Вихідний опір - 100 Ом

  • - Вхідна ємність - 10 пФ (без кабелю)

  • - Напруга порогового рівня - 1.4В (TTL)


1.2.3.3. Віртуальні прилади фірми «National Instruments»

Ця фірма є розробником технології віртуальних приладів – революційної концепції, що змінила підхід та методику проведення вимірів та розробки систем автоматизації. Максимально використовуючи можливості комп’ютерів та сучасних інформаційних технологій, віртуальні прилади дозволили збільшити продуктивність і знизити собівартість рішень за рахунок використання гнучкого та простого у освоєнні програмного забезпечення, такого як середовище графічного програмування LabVIEW, а також модульного обладнання, такого як, наприклад, модулі стандарту PXI, призначеного для збору даних та керуванням приладами.

Розглядаючи новітні прилади збору даних цієї фірми, можна виділити наступні: це універсальній зовнішній пристрій збору даних USB 6008/6009, а також внутрішні плати збору даних М серії, що мають стандартній та поширений для звичайних ПК швидкий інтерфейс РСІ.

Розглянемо тепер більш детально технічні характеристики цих приладів:

USB 6008/6009 зображено на рис. 1.7.

  • 8 каналів аналогового вводу, з дозволом 12 або 14 біт, частота оцифровки до 48 кГц;

  • Гвитові термінали для підключення датчиків;

  • Швидке plug-and-play підключення до ПК;

  • Драйвери для ОС Windows, Mac OS X та Linux;

  • Багатофункціональний ввід/вивід для проведення збору та збереження даних;

  • Живлення по шині USB;

  • Безкоштовне ПО для збору та збереження даних.

Рисунок 1.7 Зовнішній вигляд приставки до комп'ютера USB 6008/6009


Плати збору даних М серії зображено на рис. 1.8.

  • До 32 аналогових входів, 4 виходів та 48 цифрових ліній;

  • Дозвіл до 18 розрядів;

  • Програмує мий вхідний діапазон;

  • Аналоговий вивід до 2,8 МГц (16 розрядів);

  • Високошвидкісний (до 10 МГц) ввід/вивід цифрових сигналів;

  • У 5 разів покращена точність вимірів за рахунок нелінійної калібрування в усіх діапазонах;

  • Повна підтримка LabVIEW та інструментального драйверу NI-DAQmx.


Рисунок 1.8 Зовнішній вигляд плати збору даних М серії

LabVIEW являє собою високоефективне середовище графічного програмування, у якому можна створювати гнучкі та масштабовані прикладні програми вимірів, керування та тестування з мінімальними часовими та грошовими затратами. Приклад прикладної програми вимірів, створеної у LabVIEW зображено на рис.1.9.


Рисунок 1.9 Зовнішній вигляд вікон прикладної програми вимірів,

створеної у LabVIEW


LabVIEW сполучає у собі гнучкість традиційної мови програмування з інтерактивною технологією Експрес ВП, яка включає у себе автоматичне створення коду, використання помічників при конфігуруванні вимірів, шаблони прикладних програм та Експрес ВП, що налагоджуються. Завдяки цим особливостям, і експерти можуть легко та швидко створювати прикладні програми у LabVIEW.


1.3 Порівняльний аналіз та висновки


Задачу реалізації ВВК аналогічного розроблювальному, можна вирішити декількома шляхами:

За допомогою спеціалізованих плат (реалізація на «твердій» логіці). Даний спосіб дозволяє мінімізувати як розміри, так і вартість апаратної частини, але при цьому зростають вимоги до ПК, тому що на нього лягає вся обробка вхідного сигналу.

За допомогою плат на «програмувальній» логіці. Даний спосіб дозволяє не тільки передбачити захист плати від позамежного рівня вхідного сигналу, але і перекласти частину його обробки на мікроконтролер плати, що дозволяє розвантажити ПК.


1.3.1 Короткі висновки

Як видно з приведеного порівняння реалізація ВВК за допомогою «твердої» логіки приводить до значно менших грошових витрат, але при цьому і швидкість роботи усього ВВК, і можливість використовувати ПК у багатозадачном режимі різко знижуються через велику кількість обчислень, що виконує ПК. Приймаючи це до уваги, у процесі дипломного проектування був розроблений ВВК на «програмувальній» логіці, що дозволило в значній мірі розвантажити ПК, і значно зменшити число даних для обміну, тому що вся попередня обробка сигналу виконується мікроконтролером.


1.4. Зв'язок ВВК з IBM PC


Підключення ВВК до ПК можна здійснити використовуючи будь-який убудований інтерфейс. Коротке порівняння деяких з них приведено в табл. 1.


Таблиця 1.

Порівняння методів підключення ВIК


Системна магістраль ISA

Інтерфейс
Centronics

Інтерфейс
RS-232C

Швидкість обміну

Висока (до 5 Мбайт/с і вище)

до 100 Кбайт/с

115200 Кбiт/с

Довжина і тип лінії зв'язку з комп'ютером

Вбудовані ПС (лінія зв'язку відсутня)

До 2 м, багатопровідний кабель

До 15м, одиночний провід

Складність вузлів сполучення з ПК

Від малої до середньої

Від малої до середньої

Від середньої до високої

Додатковий конструктив

Не потрібний

Потрібний

Потрібний

Зовнішнє джерело живлення

Не потрібне

Потрібне

Потрібне

Формат і розрядність даних

Паралельний,
16 розрядів

Паралельний,
8 розрядів

Послідовний

Необхідність наявності драйвера

+

+

-

Кількість ПС, що підключаються до ПК

До 6

1

1


З погляду розроблювального ВВК найбільш привабливим виглядає інтерфейс RS-232.


1.4.1 Вибір інтерфейсу зв'язку

У розроблювальному ВВК зв'язок пристрою з ПК буде здійснюватися за допомогою COM порту (інтерфейс RS-232). Даний вид зв'язку дозволяє забезпечити достатню для роботи ВВК швидкість і при цьому є найбільш зручним з погляду ПО, тому що не вимагає спеціального драйвера. Розглянемо цей інтерфейс більш докладно.


2 ОБЗОР АПАРАТНОЇ ЧАСТИНИ


2.1 Лабораторный стенд EV8031



ОЭВМ

Індікатор



ОЗП 32К




Системний

контроллер

PORTA

PORTB

PORTC


Клавіатура 3х4

RS-232C/1

RS-232C/2

















Рис. 1 Блок схема стенду EV8031


Вся логіка стенду реалізована на програмуємій логічній мікросхемі EPM7128STC100. Системний контроллер керує режимами роботи, виробу керуючих сигналів на ОЗП, регістри защіпки, динамічним світлодіодним індикатором, клавіатурою.


2.1.1 Системний контроллер

Системний контроллер зв’язаний з мікроконтроллером за допомогою шини данних AD0..7 та старших 4-х біт адресу A12..15. Коли мікроконтроллер виконує операцію читання/запису данних у зовнішню пам’ять спочатку на лінії AD0..7(мультиплексується із A0..7 на момент синхроімпульсу лінії ALE) та лінії A8..15 виводиться адрес комірки, молодші 8 біт та старші – відповідно. Після закінчення синхроімпульсу ALE на лініях AD0..7 з’являється 8 біт данних. Коли старший біт адресу дорівнює 1, системний контроллер залишає лінію nRCS у високому стані, і старші 4 біта адресу, разом із молодшим байтом адресу, який надійшов по лініям AD0..7 у період синхроімпульсу, тепер керують адресою пристрою котрому надсилається керуючий байт. Перелік адрес за якими розташовані керуючі слова пристроїв наданий у таблиці 2.1.


Таблиця 2.1.

Адрес

Тип цикла

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

Имя

Порты периферийных устройств

8xx0

Запись

[Порт A]

PA_REG

8xx1

Запись

[Порт B]

PB_REG

8xx2

Запись

[Порт C]

PC_REG

8xx3

Запись

x

x

x

x

x

TRISC

x

x

TRIS

ЖКИ

8xx4

Запись

Регистр команд ЖК индикатора

LCD_CMD

8xx5

Запись

Регистр данных ЖК индикатора

LCD_DATA

Последовательный порт

9xxx

Чтение

CTS

DSR

DCD

RI

KL3

KL2

KL1

KL0

US_REG

Cxx0

Запись

x

x

X

x

DTR

RTS

CFG1

CFG0

UC_REG

Индикатор и светодиоды

Axx0

Запись

[Регистр индикатора 0]

DISPLAY[0]

Axx1

Запись

[Регистр индикатора 1]

DISPLAY[1]

Axx2

Запись

<зарезервировано>

DISPLAY[2]

Axx3

Запись

<зарезервировано>

DISPLAY[3]

Axx4

Запись

DP3

DP2

DP1

DP0

BL3

BL2

BL1

BL0

DC_REG

Axx5

Запись

<зарезервировано>

EDC_REG

Axx6

Запись

LED7

LED6

LED5

LED4

LED3

LED2

LED1

LED0

LED_REG

Управление работой

Axx7

Запись

x

x

X

x

x

x

x

RUN

SYS_CTL












Совместимые регистры

Bxx0

Запись

[Регистр индикатора 1]

DISPLAYB













2.1.2 Зовнішня пам’ять ОЗП

Коли старший 15 біт адресу дорівнює 0 системний контроллер встановлює лінію вибору кристаллу ОЗП – nRCS у низький логічний рівень, а лінії nRRD та nRWR повторюють стани ліній nRD та nWR відповідно. Лінія RA14 повторює лінію A14 тільки у тому випадку якщо вибраний режим роботи стенда із мікроконтроллером AVR. У випадку роботи із мікроконтроллером 80C51 лінією буде керувати системний контроллер перші 16кбайт – коди інструкцій программи, другі 16кбайт – данні.


2.1.3 Порти вводу/виводу

Стенд має три 8-ми бітних портів вводу/виводу PORTA(лінії PA0..7), PORTB(лінії PB0..7), PORTC(лінії PC0..7). Порти PORTA та PORTB виконані на регістрах защіпках і працюють тільки на виход, а PORTC – у системному контроллері і може працювати як на вход так і на виход. Коли мікроконтроллер записує байт по адресу 8xx0(xне впливають і можуть бути будь якими), системний контроллер встановлює лінію PACLK у високий стан. Регістр защіпка запам’ятовує лінії AD0..7 та повторює іх стан на своїх вихідних лініях – PA0..7. Аналогічно отримується доступ до портів PORTB та PORTC але доступ виконується за адресами 8xx1 та 8хх2 відповідно. За адресою 8хх3 знаходиться байт керування режимом роботи на вхід або на вихід, за відповідає біт 2. Якщо він дорівнює 0 порт працює на вхід, якщо 1 на вихід.


2.1.4 Порт послідовної передачі данних

Модуль послідовного зв’язку створений на мікросхемі приймача 1489, передавача 74НС04, мултиплексора каналу передачі (усередині системного контроллеру). Вибор каналу послідовної передачі забеспечується сигналами CFG1,CFG0 за адресою 9001h(см. таблицу 1). Програмне встановлення сигналів CFG0 у ‘1’, а CFG1 у ’0’ формує вибір додаткового каналу послідовної передачі данних, гніздо X12. Додатковий послідовний канал має повний набір сигналів інтерфейсу RS-232C. Сам пристрій який реалізує послідовну прийом/передачу знаходиться у мікроконтроллері і називається UART або USART, його лінії RxD, TxD зв’язані із системним контроллером, а він в свою чергу може комутувати їх на 3 напрямки:COM1, COM2, RS485.


2.1.5 Мікроконтроллер

Стенд підтримує 2 типи мікроконтроллерів: мікроконтроллер AT89C51 із ядром і8031, та ATMega8515 із AVR ядром який і розглядається у данному документі. Для перемиканням між режимами підтримки першого або другого мікроконтроллеру, системний контроллер має лінію Х9(0 – AVR, 1 - i8031).


2.2 Мікроконтроллер ATMega8515


КМОП мікроконтроллер АТ8515 реалізований за AVR RISC архітектурою (Гарвардська архітектура із роздільною пам’яттю та роздільними шинами для пам’яті програм та даних) та сумісний за похідним кодом і тактуванню із 8-ми розрядними мікроконтролерами родини FVR. Виконуючи команди за один тактовий цикл, він забезпечує могутню систему команд із 32-ма 8-розрядними регістрами загального призначення та конвеєрне звернення до памяті програм. Шість із 32 регістрів можуть використовуватись як три 16-розрядних регістра-вказіника при косвенній адресації простору памяті. Виконання відносних переходів та команд виклику реалізується із прямою адресацією усіх 4К адресного простору. Адреса периферійних функцій міститься у просторі памяті вводу/виводу. Архітектура ефективно підтримує як мови високого рівня, так і програми на мовах асемблеру.


2.2.1 Архітектура AVR

Мікроконтроллер має 32 регістри загального призначення які безпосередньо підключені до АЛУ, це дозволяє виконувати більшість команд за один такт. Мікроконтроллер має 8 кбайт неодноразово-програмуємої пам’яті программ, 512 байт внутрішнього ПЗП, 512 байт внутрішнього ОЗП та інтерфейс який дозволяє розширити ций обєм завдяки підключенню зовнішнього ОЗП, 4 – 8-ми бітних порта та 1 – 3-х бітний порт, 1 – 8-ми бітний таймер та 1 – 16 – бітний таймер, які мають зовнішні лінії синхронізації, переривання за переповненням та зрівненням. Також мікроконтроллер має зовнішні переривання, послідовний програмуємий приемопередавач, програмуємий “WatchDog” таймер із окремим RC-генератором, порт SPI та три програмуємі режими роботи єнергосбереження.


Рис 1. Блок схема мікроконтроллеру ATMega8515


2.2.2 Розподілення пам’яті мікроконтролера

Розподілення памяті мікроконтроллера показано на рис. 2.

Внутрішній ОЗП мікроконтроллеру розташований за адресою 0060h та закінчується 025Fh. Починаючи з адреси 0260h до FFFFh можна адресувати зовнішню пам’ять. На рис. 3 надана структурна схема підключення зовнішнього ОЗП до мікроконтроллеру.